海马体植入薄膜电极未来可革新脑神经疾病的治疗

众所周知，人类大脑的海马区主要负责短期记忆和学习功能，比如反复记忆一个单词或某件事，海马体就会将这些信息转存入大脑皮层，成为永久记忆里的一部分。

美国著名国家实验室之一的劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，简称LLNL）研发的薄膜电极，现已投入加利福尼亚大学旧金山分校（University of California, San Francisco简称UCSF）的患者中使用，并且发现了史无前例的海马区大脑活动的记录。

《自然·通讯》上，在该校的一次研究中，神经学家将LLNL研发的薄膜多电极阵列，植入已经接受癫痫相关手术的一组患者的大脑上。

这种方法可帮助研究团队检测到通过海马体表面传播时的行波，从而有助于了解海马体的更多特性，以及有望借此促进人类认知。

LLNL的植入式微系统小组负责人瑞齐·哈克表示：“我们最新的技术实现了以前不可能实现的现象，这项挑战要求创造新颖，顺应性和更高密度的电极，使它们更灵活并包裹在大脑特定的深部区域。这项研究将提供大量可用数据，这是我们作为工程师的动力，使我们能够构建科学家可以用来进行新科学的工具。”

LLNL长期致力于为神经系统提供新的（潜在）治疗方案。LLNL认为，海马体表面的运行行波对于大脑形成记忆和执行相关认知信息方面起着重要的作用。不过关于海马体行波的争议也是一直存在的，因为早前相关研究都是通过穿透深度电极来进行的记录。

LLNL研发的微电极阵列具有高密度的网格布局，适用于海马体表面，为研究团队提供了海马体行波的“鸟瞰图”。研究团队通过该设备不仅可以检测海马体表面的神经运行传播波，还有助于了解更多的海马体新特征

同是加利福尼亚大学旧金山分校（UCSF）神经学家也是该论文主要作者之一的乔纳森克莱恩解释道：“那些电极只为研究人员提供了海马各层中的几个单文件记录位，几乎不可能确切了解波是如何在整个结构中运动的。但是，由于其高密度的网格布局，小巧的尺寸（小于一角美元的硬币）和适应海马表面的能力，LLNL开发的设备为研究人员提供了鸟瞰，了解信号如何移动和反向，它像水里的波浪一样在地表之上。”

乔纳森克莱恩说：“这种新观点帮助我们发现了行波在海马中上下移动。这条‘双向路’与之前的神经科学研究所显示的‘一条双向路’形成鲜明对比。这很重要，因为我们认为这可能是海马如何充当信息和记忆的主要枢纽的基本机制。换句话说，波在海马中移动的方向可能是生物标志物，反映了不同回路参与和脱离时不同的神经过程。”

当一个意识清醒的患者试图想出照片名字时，海马体表面的行波始终以一种频率流向结构的证明。当患者等候下一次测试时，行波反转方向并流向结构的背面。乔纳森克莱恩说：“因此，波的传播方向可能会反映出不同的认知过程，并且可能反映出信息在何处流动以支持这些过程。”

LLNL研究人员Michael Triplett（左）和Jenny Zhou

LLNL研发并制作这些设备的时候，利用从人工视网膜项目开始的十多年薄膜微电极阵列研究中获得的经验。设备工程师詹妮周介绍道：“LLNL的工程师经过多年的测试运行和设计迭代来评估设备的稳定性和性能，从而改善了设备的处理步骤。谈到我们的设备已经在成功的患者中进行了测试，并使研究人员能够获得新的信息以了解有关神经活动的更多信息，这绝对让我感到高兴。”

据悉，目前LLNL的工程师已将柔性薄膜设备上的电极数量增加了一倍，达到64个通道，并将阵列变成可穿透（或深度）的探头，工程师们希望把通道数和密度增强至每个设备数百甚至数千个电极，从而实现对海马体更高的感测和刺激研究。

LLNL生物工程中心主任尚卡尔桑达拉姆表示：“这些设备的精确数据与下一代数据分析相结合，不仅可以进一步加深我们对大脑内部运作的理解，而且可以导致神经系统疾病的变革性治疗。”